Физики научились различать сверхкомпактные звезды и черные дыры

Изображение: пресс-служба МФТИ

Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и других московских институтов показали, что черные дыры можно отличить от сверхкомпактных массивных звезд по энергетическим спектрам частиц, которые пролетают неподалеку. Классифицировать эти объекты с помощью других средств наблюдения считается невозможным.

Черные дыры возникают в результате гравитационного коллапса массивных звезд, истративших все свое термоядерное горючее и потому схлопывающихся под действием гравитации, которую уже не сдерживают силы газового давления.

Некоторые астрофизики считают, что таким же образом могут образовываться и компактные массивные объекты — звезды, чей размер лишь немного превышает радиус Шварцшильда. Так называют предельный размер области вокруг объекта, покинуть которую вследствие колоссальной гравитации не может даже свет. Компактные массивные объекты должны быть внешне неотличимы от черных дыр, и поэтому не исключено, что сейчас черные дыры и сверхкомпактные массивные звезды часто путают друг с другом.

Российские физики из МФТИ, Института теоретической и экспериментальной физики и Высшей школы экономики теоретически описали поведение частиц с нулевым спином (например, бозонов Хиггса) в окрестностях черных дыр и массивных компактных объектов и вычислили их энергетические спектры. Оказалось, что вблизи поверхности сверхкомпактной звезды есть область пространства, где частицы попадают в гравитационную «ловушку» — потенциальную яму, из которой они не могут выбраться.

Энергетический спектр частиц в потенциальной яме всегда дискретен, то есть частицы в ней обладают только строго определенными значениями энергий из какого-то конечного набора. В случае же черной дыры вблизи сферы Шварцшильда никаких потенциальных ям не возникает и спектр частиц остается непрерывным.

«Мы рассеиваем пучок частиц на неком объекте, смотрим на спектр и хотим понять, что перед нами — черная дыра или компактный объект. И если мы видим, что в спектре нет дискретных уровней, то это черная дыра, а если есть — то это компактный объект. Хотя мы сделали свою работу для бесспиновых частиц, можно предположить, что так же будет вести себя и спектр других типов частиц», — говорит один из авторов работы, сотрудник лаборатории физики высоких энергий МФТИ Федор Попов. Ученый отмечает, что это лишь теоретическая работа, и технических средств наблюдать спектры частиц в окрестностях возможных черных дыр пока нет.

Статья ученых опубликована в журнале Physical Review D.

Существует множество кандидатов в черные дыры: например, большинство исследователей уверено, что в центре нашей Галактики находится сверхмассивная черная дыра. Однако прямых наблюдений черных дыр у астрофизиков пока нет, а одним из самых мощных косвенных подтверждений их существования стала недавняя регистрация гравитационных волн. Сигналы такой природы и интенсивности, по расчетам, могут излучить только сливающиеся черные дыры.
Теги:

Читать еще на Чердаке: